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使用Allegro电流传感器IC在当前分频器配置中进行扩展测量范围

使用Allegro电流传感器IC在当前分频器配置中进行扩展测量范围

由Richard Dickinson和Andreas Friedrich，Allegro亚博棋牌游戏 MicroSystems，LLC

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抽象的

Allegro™电流传感器IC的特点是创新的包装技术，可将低电阻铜初级电流传导路径集成到包装中。虽然这在许多方面增强了应用的性能，但是通过包装注意事项施加了当前的水平限制。

本应用笔记描述了增加可测量电流范围的简单方法。这些方法涉及分割被感知电流的路径。描述了各种设备和电路的选择。

介绍

所有Allegro电流传感器IC的中心元件是一种基于精密线性霍尔效应的磁场传感电路。对于标准型号，电路是双向的，如图1所示，允许在任一方向上流动。

较高的电流应用亚博尊贵会员

（a）较高的电流应用亚博尊贵会员

图1b(小电流传感器)

（b）降低电流应用亚博尊贵会员

图1所示。分流器的配置。Allegro封装的一次导体端子可以直接连接到母线，以满足更高电流的应用。亚博尊贵会员面板A显示了这个配置，使用了ACS75x-PSS包选项。对于低电流应用，封装可以连接到印刷电亚博尊贵会员路板的轨迹。面板B显示了这个配置，使用ACS75x-PSS包选项。对于标准型号，电流可以在任何方向通过。

电流产生的磁场被集成霍尔集成电路感知，并转换成比例电压。

通过电流路径的电流传感器的靠近优化，通过电流路径的近距离优化设备精度。初级电流导体进入包装的集成允许霍尔芯片相对于电流路径极宽控制的定位。但是，当前的金额，我基本的，可以通过包路路由最终受到物理和热考虑的限制。

用于测量电流水平，我tot，比我的最大值大基本的，优雅的克服这些限制的方式是通过物理分割电流路径来仅测量总电流的良好控制的分数。如图1所示，通过使用PCB（印刷电路板）迹线或层的单独的分支，可以通过跳动汇流条和较低电流应用中的更高电流应用中应用该概念。亚博尊贵会员

这种方法存在缺点。它将系统的当前分辨率与电流分开的比例相同。可以确定用于补偿的最佳解决方案，以确定单独的电流分板的比例。请注意，应完成校准原位如上，该装置已经组装到PCB，以考虑焊点本身的任何额外电阻。

通过使用ACS712电流传感器IC感测电流的一部分

由Allegro设计了一个参考PCB，其通过ACS712设备路由施加的三分之一。如图2所示，PCB上的导通路径是将电流分成两个单独的子路径：分流电流子路径，带有3.0 mm的宽度，宽度为5.0 mm。图3显示了所得电流密度的模拟映射。

用于1/3 ITot测量的ACS712 PCB Trace Configurations

图2。ACS712 PCB Trace Configurations for 1/3 Itot测量。ACS712被安装到PCB轨迹上，沿着电流检测子路径串联(对应于I基本的通过设备）。



模拟1/3斜率测量的电流密度

图3. 1/3 i的模拟电流密度tot测量。在45 A I拍摄的数据tot，4盎司。铜的痕迹。



当参考PCB用4盎司制造时。铜迹线，从点A到点B的电阻小于1mΩ，功耗小于2W。表1比较了用4盎司制造的参考PCB的计算电阻和功耗。痕迹和2盎司。痕迹。

表1. PCB痕量重量对功耗的计算效果
通过1/3电流分配器

痕量重量
（盎司。CU。）

45 A时的功耗
（W）

整体抵抗
（MΩ）

4

1.14

0.56

2

1.94

0.96

制造和装配公差导致在单个pcb上的检测子路径和分流子路径之间的电流划分有一些小的变化。在精度亚博尊贵会员要求需要补偿这些变化的应用程序中，可以使用ACS712的客户可编程版本。这允许在电路板制造和组装后对集成电路的mV/A灵敏度进行校准。

然而，系统准确性的这种增量提高必须抵御IC中少量产量损失的潜力，这可能会导致某些IC在客户网站上正确编制。装运后的编程必然意味着设备不能在Allegro工厂测试100％最终测试。

用于除去电流路径以测量总电流的给定分数的迹线布局尺寸可以使用以下方程（参考图4）计算。

给出：

  • 我sens，测量的itot(一)
  • lSens1.，感觉子路径侧的长度1（m）
  • Lsens2.，检测子路侧长度2 (m)
  • l分道，分流子路径的长度（m）
  • ρc，铜迹线材料的电阻率（典型）（ω×m）
  • R基本的，设备中的初级电导路径的电阻（典型）（ω）
  • T，厚度（典型）痕迹（m）
  • Wsens，感测迹线（两侧）宽度（m）
轨迹尺寸计算的符号

图4.跟踪尺寸计算的符号



感觉电流子路径的电阻的比率，rsens（ω），以及分流电流路径，R分道（ω），由当前分频器电路的等式定义：

等式1(1）



在哪里

等式2（2）



和

等式3.（3）



计算感测路径中的电阻时，重要的是包含r基本的，初级电流导体的电阻，引线框架，在ACS712中。

对于给定的感觉电流比例，我sens，总电流，我tot，以及给定的感觉路径宽度，wsens，可以计算痕量尺寸的所需比例，用于分流跟踪路径宽度，W分道， 如下：

等式4.（4）



给定，对于参考PCB：

  • 我sens= I.tot/ 3.
  • lSens1.= 8.5毫米
  • lSens2.= 8.5毫米
  • l分道= 18毫米
  • ρc= 2.5×105ω×mm.
  • R基本的= 1.5米
  • t = 0.14毫米;4盎司。铜
  • Wsens= 5毫米

然后

等式4亚



具有增强分辨率的同等分割电流

分频器配置的一个缺点是降低了电流传感系统的分辨率。使用两个ACS712设备并联，level-shift和添加它们的输出，减少了这种分辨率的损失。图5显示了一个示例配置。

双包装解决方案而不降低分辨率。

图5.不降低分辨率的双包装解决方案。划分我tot使用两个Active ACS712包。



图6中的原理图显示了一个压缩单个设备输出的输出范围，然后将它们相加的电路。在输出之前，每个ACS712的信号首先通过增益为0.5的减法子电路进行处理。该子电路从ACS712输出信号中去除典型的2.5 V偏置电压。

建议电路组合输出。

图6.组合输出的建议电路。该电路使用两个ACS7XX器件实现具有增强分辨率的同等分割的电流路径。



当如图5所示方向时，器件A和器件B的极性相对于电流方向相反。设备的一个输出必须是倒转的。通过对器件A的输出进行反相，然后在最后的加法级使用一个反相运放，整体输出信号具有正确的极性。

在最终阶段的Unity Gain中，结果是输出信号，其具有≈50mV/安培通过并联IC的比例，产生0到30的测量范围。仿真在图7中示出，图8中出现了测试迹线。

图7

图7.输出模拟。结果在建议电路中使用ACS712器件组合输出（图6）。



在6个增量中施加±30模式对Iprimary。

图8.延续±30的±30基本的在6个A增量。绿色的是设备A，红色的是设备B。最低的(蓝色)迹线是接口电路的输出，用于合并两个ACS712输出。请注意，信号在示波器上是直流偏移偏移的，为了观察清晰。



分辨率将随两个有源器件的噪声叠加程度而变化。然而，经经验测量，结果信噪比大约是使用带有不间断电流分流路径的单个ACS712时实现的1.5倍。如果想要一个更大的输出信号范围，增益可以通过改变电阻值比R8 / R7来调整。

通过使用当前分频器中的ACS758测量高于200 A的电流

与ACS712一样，ACS758的测量范围受到可以通过其集成初级电流导体的电流量的限制，其电阻为100μΩ。此外，必须考虑其磁集聚器的饱和点。

图9示出了用于分割电流路径的配置，该方法均匀地在分流子路径和包含ACS758的Sense子路径之间均匀划分300a。使用1mm厚的铜母线，从点A到点B的当前分频器的电阻计算为小于100μΩ。

在1毫米厚的铜母线上使用ACS758系列设备平均划分ITot。

图9.更高的电流解决方案。同样划分我tot在1毫米厚的铜母线栏上使用串联的ACS758装置。



1/2 ITot测量的模拟电流密度。数据在300次迭代，4盎司。铜的痕迹。

图10. 1/2 i的模拟电流密度tot测量。数据在300 a atot，4盎司。铜的痕迹。



在分流电流路径组件中，使用多层重质量PCB轨迹是额外降低功耗的一种选择。PCB的多层允许进一步划分电流。分配给分流电流子路径的层与用于检测电流子路径的层的比率决定了电流的总划分。这种配置如图11所示，它提供了这种类型的PCB的平面图和横截面视图。

多层板的顶部和横截面视图。

图11.多层板的顶部和横截面视图。这种方法，使用ACS758 PFF封装选项，根据层特征划分电流，传递I的受控比例tot通过设备A.



为了在当前划分中调整某种可变性，可以使用ACS758的客户可编程版本。这允许在PCB组件制造之后编程设备灵敏度。

使用ACS758测量高达300 A的电流，通过增强的分辨率

为了增强在高于200a的总电流的测量中，两个ACS758器件可以平行使用，以精确地除以电流。输出级别移位并加在一起。此配置如图12所示。可以考虑测量最多300个Itot．为了匹配300 a的全量程，Allegro建议使用ACS758xCB-150。

首先通过增益为0.5的减法器子电路处理来自每个ACS758的输出。该子电路从ACS758输出中消除了典型的2.5V偏移电压。用于压缩各个输出信号的输出范围的电路和总和与图6中的示意图中所示的电路相同。

当如图12所示定向时，器件A和器件B具有相对于电流方向的极性。设备的一个输出必须是倒转的。通过对器件A的输出进行反相，然后在最后的加法级使用一个反相运放，整体输出信号具有正确的极性。

更高的当前解决方案。使用ACS758系列设备均分ITot。

图12.更高的电流溶液。同样划分我tot使用ACS758设备串联。



1/2 ITot测量的模拟电流密度。数据采集在300a ITOT, 4盎司。铜的痕迹。

图13.模拟电流密度为1/2 itot测量。数据在300 a atot，4盎司。铜的痕迹。



在最终阶段的Unity Gain中，结果是输出信号，其具有通过并联器件的≈6.67mV/每种安瓿的比例，产生0到±300的测量范围。模拟如图14所示。

模拟输出。结果使用acs758xb -150器件在建议的电路组合输出(图6)。

图14。模拟输出。结果使用acs758xb -150器件在建议的电路组合输出(图6)。



产生的信噪比几乎在使用单个ACS758具有不间断电流分流路径时实现的1.5倍。如果想要一个更大的输出信号范围，增益可以通过改变电阻值比R8 / R7来调整。

尽管在这种情况下使用ACS758XCB-150，但是通过使用双ACS758-200器件，可以使用相同的配置和接口电路来测量高达400A。在所有配置中，必须仔细关注使用工作电流水平安全地匹配汇流条尺寸和散热容量。

结论

通过仔细的板式设计分流电流路径，并通过组装后的编程设备灵敏度如果需要，Allegro ACS7XX系列的设备可用于测量扩展电流范围。为了进一步提供分流电流路径设计，请联系您当地的Allegro销售办事处，并咨询现场应用工程师。亚博尊贵会员

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